Dans le cadre de nos travaux d’optimisation de performance des actifs éoliens, le service ingénierie de VALEMO travaille depuis 2016 sur la problématique liée au désalignement des éoliennes par rapport à la direction du vent.
Cet écart d’alignement très régulièrement observé sur les flottes de turbines que nous exploitons ou que nous auditons est double :
– Baisse de production lié à la réduction de la surface du disque éolien balayé par le flux d’air.
– Augmentation de la fatigue mécanique de la turbine, des pales et de la chaîne cinématique en particulier liée aux efforts de charge variable dus au vent incident qui n’est pas perpendiculaire au rotor.
Afin de mesurer cet écart d’alignement, VALEMO a développé plusieurs méthodologies et mis en place des campagnes opérationnelles.
- Etude comparative sur 3 appareils de mesure : Wind Iris, iSpin, Yaw Advisor
En 2017, nous avons réalisé une étude comparative de trois appareils de mesure sur une éolienne SENVION MM92 en Loire-Atlantique en France avec un Wind Iris, un iSpin et un Yaw Advisor. Les résultats de cette étude ont été publiés au Colloque National Eolien 2017 à Paris, au DEWEK 2017 à Hambourg et au Wind Europe 2017 à Amsterdam.
- Etude de caractérisation du coefficient de perte de production liée au désalignement d’une éolienne
Puis nous avons en 2018 réalisé une étude consistant à caractériser le coefficient de perte de production lié au désalignement sur une éolienne GE 2.5xl dans la Somme en France dont les résultats ont été publiés au Colloque National Eolien 2018 à Paris. Ainsi, nous avons pu valider que la perte de performance en fonction du désalignement de la nacelle par rapport au vent suivait une loi en cos².
- Campagnes de mesure de contrôle : 22 opérations menées en France
Nous avons à ce jour réalisé 22 campagnes de mesure de contrôle d’alignement nacelle sur des turbines identifiées comme souffrant de sous performance au travers des analyses des données turbines réalisées avec les outils développés en interne.
En se basant sur la loi en cos2 présentée dans l’étude sur la caractérisation du coefficient de perte de production, nous avons considéré deux seuils au-delà desquels le désalignement en termes de perte de production peut être estimé comme significatif et très significatif.
Pour une éolienne de 2MW à 2500h pour un tarif de rachat de l’électricité de 90€/MWh, la perte de production est de l’ordre de 0,3% à partir de 3° de désalignement et de 0,8% à partir de 5° et donc dans ces deux cas de figure les campagnes sont respectivement amorties sur un peu plus de 5 ans et sur un peu plus de 2 ans.
Le tableau et le graphique ci-après présentent les résultats de nos 22 campagnes :
| Nombre d’éoliennes en deçà de 3° | Nombre d’éoliennes entre 3° et 5° | Nombre d’éoliennes au-delà de 5° |
5 | 8 | 9 |
- Méthodologie d’analyse préalable de détection des turbines désalignées
Aussi, nous pouvons dire que l’approche développée par VALEMO d’analyse préalable des données SCADA a permis de détecter des machines désalignées dans plus de 75%. En d’autres termes dans plus de 3 cas sur 4, l’exploitant qui nous a fourni les jeux de données SCADA a parfaitement rentabilisé cette campagne de mesure et de réalignement. Par ailleurs, cette détection prématurée a aussi permis de réduire les efforts mécaniques sur les pales et sur la chaine cinématique gage d’une optimisation de la durée de vie des composants majeurs et structuraux des éoliennes.
Une approche responsable
Afin de bien identifier les éoliennes sur lesquelles une campagne de mesure d’alignement nacelle semble être nécessaire, nous réalisons dans un premier temps une analyse de performance à partir des données 10 min SCADA.
Cette analyse préliminaire est basée sur deux comparaisons de performance normalisées : une comparaison intra parc et une comparaison inter parc. Elles se font grâce à des calculs de performances basées sur les productions SCADA, les vitesses de vent SCADA et les écarts de puissance par rapport à la courbe de puissance théorique.
La comparaison intra parc consiste à mesurer les différences entre les éoliennes dans un même parc. Les calculs de différence se font sur des périodes communes de production afin de comparer les machines dans des conditions environnementales semblables. Cette mesure permet donc de détecter les différences de comportement de production entre les machines et ainsi détecter les machines les plus susceptibles d’avoir un défaut de performance.
La comparaison inter parc consiste en une analyse statistique des différences intra parc. L’objectif est de permettre de déterminer la criticité et l’anormalité au sens statistique des différences entre machine. Toutes les machines d’un même parc ne peuvent avoir strictement le même comportement. En revanche, certaines machines possèdent des différences avec leurs voisines qu’on ne retrouve dans aucun autre parc d’une flotte. Ce sont ces machines précisément que nous identifions comme problématique et susceptible d’avoir des sous performances et avec lesquelles nous commençons les campagnes de mesures.
Lorsque l’appareil de mesure est installé, une première campagne de 3 semaines est réalisée afin de caractériser la valeur de l’alignement. En collaboration avec le turbinier l’éolienne est réalignée. A partir de ce moment une nouvelle campagne de 3 semaines est réalisée afin de s’assurer que l’éolienne a été correctement réalignée.
F. Prévost – Directeur – VALEMO
J. Dalmas – Responsable prestations – VALEMO
A. Lebranchu – Docteur Ingénieur projet R&D – VALEMO
